卸荷损伤节理砂岩循环荷载作用下力学特性试验研究

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在大型水电、交通工程建设中形成了大量人工开挖后的卸荷损伤岩体,而很多工程便是砌筑在开挖损伤后的工程岩体上,工程岩体本身可能存在不同的节理倾角发育,其力学特性较“完整”岩体有本质区别,隧道洞室开挖与支护、大坝的反复排、蓄水过程,以及地震荷载等都是工程岩体经常遇到的循环加卸载的动力学作用。因此,选取围岩隧洞中常见的砂岩预制不同的节理倾角,考虑不同程度卸荷损伤、不同种类的循环加卸载种类进行试验,主要研究成果如下:1)对完整及不同节理砂岩进行常规单、三轴压缩及三轴卸荷试验,分析节理岩体与完整岩体在变形、强度参数、破坏规律等方面的区别与联系,发现围压和节理倾角都是影响砂岩峰值强度、变形参数、破坏特征的重要影响因素,节理岩样的峰值强度较完整岩样要小,在单、三轴压缩及卸荷破坏应力路径下更容易破坏,破坏程度也更剧烈。2)对完整及45°节理砂岩分别进行峰前峰后循环加卸载试验,发现砂岩峰前的滞回圈为窄长型,峰后的滞回圈为宽胖型,表观弹性模量与轴向变形存在线性关系,提出力的加速度放大倍数K,位移速率放大倍数V,得出位移速率的增加对力加载的加速度的增加具有线性增速效应,其中K/V峰前最大可达28倍,K/V峰后最大可达22倍,在工程实践中由此规律,由易测的位移速率预测难测的力加载的加速度。在相同的加载条件下,节理砂岩峰后的滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数都大于峰前状态,峰后损伤劣化程度高,加卸载阻尼耗能更大。3)考虑节理砂岩中强度较弱的45°节理砂岩,对其进行不同上限应力比的定次数循环疲劳破坏试验,得出低幅值的循环荷载对45°节理砂岩的压密作用大于劣化作用,岩样峰值强度远大于单轴峰值强度,0.75上限应力时峰值强度最大,峰值强度?_p?和峰值强度增长比Y随上限应力比的增加都呈现先增加后降低的非线性变化。4)通过不同卸荷损伤节理砂岩的梯级循环加卸载试验,研究了节理砂岩滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数、动弹性模量、动变形模量等动力学参数随卸荷损伤量、预制节理倾角角度、梯级循环加卸载幅值的变化规律,分析卸荷损伤节理砂岩动力响应及破坏规律。
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